月球最大的陨石坑发生了一些奇怪的事情——宇航员正在前往那里

地球和月球之间的引力相互作用导致了一个半球月亮被锁在背对地球的地方。不过,不要被误导。月球确实会旋转,绕其轴旋转一次所需的时间与完成地球轨道所需的时间一样长。

这被称为同步旋转,在远侧,有一个巨大的陨石坑,称为南极-艾特肯盆地。南北长1930多公里,东西长1600公里。

这个古老的撞击坑形成于大约 43 亿年前,当时一个巨人小行星对年轻的月亮打了一瞥。

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亚利桑那大学的一项新研究表明,这个巨大的陨石坑蕴藏着月球形成和早期演化的秘密。

杰弗里·安德鲁斯-汉纳 (Jeffrey Andrews-Hanna) 和他的同事通过仔细分析南极-艾特肯盆地的形状做出了这一发现。整个太阳系的巨型撞击盆地具有特征性的泪滴形状,在撞击的下行范围方向上变窄。

月球最大的撞击特征是南极-艾特肯盆地,之所以如此命名,是因为它延伸在艾特肯陨石坑和南极之间。(美国宇航局/GSFC/亚利桑那州立大学)

之前的假设认为这颗小行星是从南方撞击的,但新的分析显示,该盆地实际上向南变窄,这意味着撞击来自北方。这个看似微妙的细节对阿耳忒弥斯宇航员在降落在该地点附近时会发现什么有着深远的影响。

撞击坑不会均匀分布挖掘的材料。盆地的下端通常被埋在一层厚厚的喷射物下,这些物质是在碰撞过程中从月球内部深处喷出的。上端接收的这些碎片要少得多。

由于阿耳忒弥斯任务的目标是盆地的南缘,因此校正后的撞击方向意味着宇航员将降落在正确的地点,以研究月球深处的物质,基本上无需钻探即可获得地质岩心样本。

月球上的陨石坑梅西耶(左)和梅西耶 A(右),在阿波罗 11 号捕获的 Mare Fecunditatis 中。低角撞击器形成的陨石坑的一个很好的例子 (NASA)

这一发现特别令人兴奋的是挖掘出的材料所包含的内容。在其历史早期,月球被全球岩浆海洋覆盖。随着这个熔融层在数百万年的时间里冷却和结晶,重矿物下沉形成地幔,而较轻的矿物漂浮形成地壳。

然而,某些元素无法掺入固体岩石中,而是集中在液态岩浆的最终渣滓中。这些剩余元素;钾、稀土元素和磷,统称为 KREEP,直到最后才拒绝凝固。

谜团一直是为什么 KREEP 最终几乎完全集中在月球的近侧,即面向地球的半球。这种放射性物质产生的热量引发了强烈的火山活动,形成了黑暗的玄武岩平原,形成了我们在地球上看到的熟悉的“面孔”。

与此同时,远侧仍然有严重的火山口,基本上没有火山。

这项新研究提供了一个解释,即月球地壳的背面一定要厚得多,科学家们仍然不完全理解这种不对称性。该团队提出,随着远侧地壳变厚,它将下方剩余的岩浆海洋挤压到较薄的近侧。

月球上的南极艾特肯盆地,来自日本宇宙航空研究院的辉夜数据。在-45度处观察。黑色环是一个古老的近似值;椭圆形的紫色和灰色环描绘了陨石坑的内环和外环(Ittiz/维基共享资源/CC BY-SA 3.0)

南极-艾特肯撞击为支持这一模型提供了重要证据。盆地的西侧显示出高浓度的放射性钍,这是富含 KREEP 的物质中的标志性元素,而东侧则没有。

这种不对称性表明撞击穿透了月壳,就在边界处,背面部分下方仍然存在一层薄薄的、斑驳的富含 KREEP 的岩浆。这次碰撞基本上打开了一扇窗户,进入近侧富含 KREEP 的区域和远侧更典型的地壳之间的过渡区。

阿耳忒弥斯一号于 2022 年 11 月 16 日从肯尼迪航天中心成功发射升空。(比尔·英格尔斯)

当阿耳忒弥斯宇航员从这个放射性区域采集样本并将其送回地球时,科学家们将有机会以前所未有的细节测试这些模型。

这些岩石可能最终解释了我们的月球如何从一个熔融的球体演变成我们今天看到的地质多样化的世界,其截然不同的半球讲述着同一个过去的两个截然不同的故事。

这项研究发表在自然界.

本文最初发表于今日宇宙.读原文.

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